基于GIS-MCDA框架的全域徒步适宜性空间建模——以沙特阿拉伯山地、沙漠与海岸多环境分区评估为例

《Geographies》：Identifying Optimal Hiking Locations Using a GIS-Based Suitability Model

　　

生态旅游与徒步旅行的发展是沙特愿景2030（Saudi Vision 2030）的支柱之一。然而，沙特王国缺乏一套最新的国家空间分类体系，难以实现对潜在适宜徒步区域的系统性覆盖与战略决策。为此，本研究开发了一套基于地理信息系统（Geographic Information Systems, GIS）的多准则决策分析（Multi-Criteria Decision Analysis, MCDA）框架，用于对徒步区域进行分类并评估其在山地、沙漠和海岸环境中的适宜性。研究人员整合并处理了多种空间数据集，包括地形（数字高程模型，Digital Elevation Model, DEM）、气候（温度）、土地利用/土地覆盖（Land Use/Land Cover, LULC）以及距基础设施的邻近度，采用反距离加权插值法（Inverse Distance Weighting, IDW）和欧氏距离（Euclidean Distance）进行分析。研究人员将研究区划分为三种环境掩膜（Environmental Masks），并利用分区统计（Zonal Statistics）对96条已建步道的特征进行了表征。随后，采用Rank Sum方法对评价准则进行客观赋权。模型生成了高、中、低适宜性地图，结果表明适宜徒步的区域尤其集中在丘陵地带。与沙特攀岩与徒步联合会（Saudi Climbing and Hiking Federation, SCHF）现有步道的对比显示，已建步道特征与模型适宜性格局之间具有总体一致性，支持了该框架作为国家尺度空间决策支持工具（Spatial Decision-Support Tool）的潜力。

**基于GIS-MCDA的沙特阿拉伯全域徒步适宜性建模研究解读**

**一、研究背景与问题提出**

扩展生态旅游和户外活动场所是沙特愿景2030（Saudi Vision 2030）的关键组成部分，并直接贡献于"生活质量计划"（Quality-of-Life Program），该计划鼓励积极健康的生活方式。徒步旅行（Hiking）在沙特全境已获得广泛的公众参与，目前由沙特攀岩与徒步联合会（Saudi Climbing and Hiking Federation, SCHF）监管的官方步道超过90条。然而，沙特王国幅员辽阔，地形多样，涵盖高海拔山地、广阔干旱沙漠和绵长海岸平原，而这一潜力在很大程度上仍未被开发和分类：该行业增长迅速，有效管理需要一种系统化、数据驱动的机制来识别和评估潜在适宜的徒步区域。目前，沙特缺乏一套最新的国家空间分类体系，难以实现对潜在徒步适宜区域的系统性覆盖和战略决策。传统的野外调查方法在覆盖如此广袤的国土面积时力有未逮，而空间规划工具可以通过对大范围地理区域进行系统性筛选来补充传统方法。

从国际视角看，地理信息系统（Geographic Information Systems, GIS）结合多准则决策分析（Multi-Criteria Decision Analysis, MCDA）已成为土地适宜性评估的标准方法，在生态旅游规划领域得到了广泛文献记录和应用。然而，一个重要应用空白依然存在：以往研究大多集中于局部区域或单一地形类型，而跨越山地、沙漠和海岸等对比鲜明环境的国家尺度徒步适宜性评估仍然有限。本研究的创新之处不在于引入新的GIS-MCDA或加权求和技术，而在于将环境特定的空间掩膜（Environmental Masks）和准则权重整合到一个统一的国家框架中，并以96条官方SCHF步道的经验剖面作为支撑。因此，方法贡献在于对既有GIS-MCDA技术的环境特定化实施，而地理贡献在于将其应用于沙特阿拉伯对比鲜明的宏观环境之中，形成单一的国家评估。

**二、研究内容与重要意义**

本研究利用现有空间数据集进行了全面的地形-地貌测量分析，以建模沙特阿拉伯全境的徒步步道适宜性。研究并非创建新的技术路线规划应用程序，而是采用一套精细的GIS-MCDA框架，将连续空间数据（地形、内插气候表面和距主要公路的邻近度）与SCHF官方安全标准及现有国际文献中规定的安全阈值进行对比。研究将全国划分为三个独立的环境掩膜——山地（Mountainous）、沙漠（Desert）和海岸（Coastal），并利用分区统计（Zonal Statistics）评估当前官方步道的空间格局，为每个生态系统建立安全阈值。

研究旨在解决两个核心问题：（RQ1）基于选定的环境和可达性准则，徒步适宜性在沙特阿拉伯的山地、沙漠和海岸环境之间如何变化？（RQ2）GIS-MCDA模型识别的适宜性格局与现有SCHF徒步步道的空间特征在多大程度上吻合？

研究的主要发现包括：（1）通过应用自动化GIS-MCDA模型生成了潜在的国家适宜性地图；（2）SCHF现有步道与建模结果所定义的类别显示出高度的重叠。总体而言，该研究表明空间决策支持系统可以通过为潜在户外游憩区域提供可扩展和系统化的国家尺度筛选基础来补充传统规划方法。该研究直接支持沙特愿景2030的生态旅游和生活质量目标，通过识别目前代表性不足的沙漠和海岸环境中的潜在适宜徒步区域，为审视现有徒步基础设施的空间不平衡提供了依据。

**三、关键技术方法概述**

研究方法分为三个阶段：数据收集（Phase 1）、空间分析（Phase 2）和结果生成（Phase 3）。地形数据采用Open Topography提供的30 m分辨率数字高程模型（DEM）生成连续高程和坡度表面。气候数据来自NASA POWER数据库，提取年平均气温用于评估热舒适度，并通过反距离加权插值法（IDW）生成连续温度栅格表面。土地利用/土地覆盖数据采用Esri Land Cover数据。基础设施数据使用国家级道路网络，通过欧氏距离工具进行邻近性分析。海岸线数据用于创建海岸区域的空间缓冲区和距离度量。步道网络数据由SCHF提供的96条已识别徒步步道组成，用于校准适宜性模型和验证现有基础设施。

所有准则按照五级适宜性量表（1 = 极低至5 = 极高）进行标准化。环境掩膜的划分标准为：山地掩膜操作性地定义为海拔 ≥ 500 m且坡度 ≥ 8%的陆地区域；沙漠掩膜在排除山地和海岸区域后，由沙质沙漠、裸地和砾石平原的LULC类别定义；海岸掩膜采用距国家海岸线50 km缓冲区的操作定义。掩膜按层级施加，确保每个像素仅被分配到一个环境背景。准则权重采用Rank Sum方法进行客观赋权：在山地环境中坡度权重最高（W = 0.333），沙漠环境中温度权重最高（W = 0.333），海岸环境中距海岸距离权重最高（W = 0.333）。最终通过加权求和（Weighted Sum）空间叠加生成综合适宜性表面。

**四、研究结果**

**4.1 现有徒步基础设施的空间与统计剖面**

研究首先利用分区统计工具对96条官方SCHF步道沿线的平均环境约束进行了实证基线分析。山地环境剖面（57条步道）显示，山地步道是高海拔（均值：1759.79 m）和陡坡（均值坡度：19.12%）区域，平均气温为24.89 °C，平均步道长度约13.5 km，距道路网络平均距离733.31 m，主导土地覆盖为牧场（56.5%）和裸地（40.4%）。沙漠环境剖面（36条步道）显示，沙漠步道穿越的地形显著平坦（均值坡度：14.50%），但步道更长（均值15.93 km），热暴露更高（均值气温：26.19 °C），且更远离道路网络（均值1630 m），构成独特的紧急撤离挑战；地表覆盖以裸地（58.9%）和牧场（37.2%）为主。海岸环境剖面仅有3条步道，均值海拔150 m，均值坡度19.48%，均值气温29.74 °C，距海岸线均值距离约33.5 km，均值步道长度10.73 km，距道路网络均值510 m。这些经验基线直接为后续预测建模的准则权重和安全阈值提供了依据。

**4.2 预测性徒步适宜性建模**

应用环境掩膜和加权求和工具后，模型界定了沙特阿拉伯全境的连续空间适宜性。在山地宏观环境中，高适宜性区域约占42.4%（136,965 km²），主要集中于萨拉瓦特山脉（Sarawat）和汉志山脉（Hejaz）的高海拔山脊线；中适宜性占46.5%（150,245 km²），低适宜性仅占11.1%（35,794 km²）。在沙漠环境中，潜在高适宜性沙漠斑块占30.2%（514,801 km²），主要分布在北部纬度较凉爽的区域和现有基础设施走廊周边；中适宜性占49.7%（845,186 km²），低适宜性占20.1%（342,070 km²）。在海岸环境中，高适宜性走廊占海岸区总面积的30.2%（40,782 km²），中适宜性占39.2%（53,008 km²），低适宜性占30.6%（41,380 km²），低适宜性主要由高相对湿度、高温以及不可持续的盐沼（Sabkhas）和脆弱海岸湿地等地表覆盖限制驱动。总体而言，88.9%的山地区域被划分为高或中适宜性，而沙漠区域虽有79.9%为高或中适宜性，但其高适宜性沙漠土地总面积（514,801 km²）因沙漠掩膜总范围广阔而远超其他环境。

**五、讨论与结论**

讨论部分揭示了"海岸悖论"（Coastal Paradox）：尽管海岸环境可达性最高（距道路均值510 m），但其研究程度最低，过高的平均气温（29.74 °C）和湿度导致极端热应激，意味着适宜的海岸徒步活动在很大程度上仅限于特定季节和清晨或傍晚时段。沙漠区域虽占步道网络的37.5%，但高度孤立（距道路均值 > 1.6 km），存在紧急撤离的后勤挑战，模型通过识别平衡景观特征与基础设施邻近度的潜在适宜走廊，有助于解决这一问题。现有基础设施在山地的高度集中（59.4%）可能导致中东部地区居民缺乏有组织的徒步基础设施，模型识别的高适宜性沙漠和海岸走廊为系统性扩展国家步道网络提供了空间依据。误差分析指出，30 m DEM无法解析微地形灾害，IDW插值未考虑海拔依赖的温度变化，加权叠加会传播各层误差，且未对权重敏感性进行显式检验。使用现有SCHF步道进行模型校准和比较存在一定循环性，海岸子集仅3条步道且距海岸线均值33.5 km，提供的经验参考有限。未来需要采用独立步道子集或校准-验证分割进行独立验证，并整合高分辨率LiDAR数据、季节气候数据、徒步舒适度指数（Hiking Comfort Index, HCI）以及GeoAI驱动的数字孪生（Digital Twin）框架进行实时安全监测。

研究结论指出：本研究开发了一个国家尺度的基于GIS的适宜性框架，用于识别沙特阿拉伯多样地形中的潜在适宜徒步区域。论文利用96条官方SCHF步道的空间剖面建立了经验安全基线，揭示了基础设施在山地的集中分布。通过详细的环境掩膜和Rank Sum赋权方法进行的多准则决策分析，在代表性不足的环境中识别出潜在适宜区域，为审视徒步基础设施的现有不平衡提供了空间依据。研究主要成果是一幅协调一致的国家适宜性地图和一个交互式仪表盘，可为国家尺度空间筛选和决策提供支持。该框架可辅助SCHF和其他规划者补充传统步道规划并识别需要进一步现场评估的区域。该框架还可适用于其他具有显著地形和气候异质性的国家，但需要根据当地条件和规划要求重新校准环境准则、阈值和权重。研究的一个方法论原则——即在进行MCDA评估之前将异质性国家领土分解为次国家级环境掩膜，而非对截然不同的景观应用统一权重——是具有超越沙特阿拉伯的GIS-MCDA贡献的方法创新。